cosn 為什麼是離散訊號 模擬訊號和數碼訊號

2021-10-14 12:56:18 字數 2700 閱讀 4155

裝置原理裡面關於模數轉換(a/d轉換)介紹的不多,雖然這個對於工作來說用處不大,但是理解這個對於理解裝置原理也是有一定幫助的,而且工作中發現很多實習同學壓根不清楚轉換的原理,也不知道為什麼要轉換,今天就來說一下關於模擬訊號及數碼訊號的一些個人見解。

簡單來講,模擬訊號是連續的訊號,而數碼訊號是離散的訊號,兩者之間可以進行互相轉換。

模擬訊號(analog signal),簡稱a

數碼訊號(digital signal),簡稱d

重點就是在於如何理解連續和離散

模擬訊號是連續變化的量或者訊號,生活中接觸到的訊號基本都是模擬訊號:

溫度的變化

天體的運動

時間的流逝

動物的運動……等等

為什麼呢?

因為氣溫變化是連續變化的,不是瞬間變化的,氣溫不可能從20度瞬間變成21度,中間可以細分出無數個細小的溫度變化。

天體運動是連續變化的,太陽每天的公升起和落下是連續變化的,不可能瞬間從日出移動到正午,中間可以細分出無數個細小的位置變化。

時間是連續變化的,不可能瞬間從這個時刻變到下個時刻,中間有無數個細小的時間變化。

動物運動是連續變化的,動物不可能從乙個位置瞬間移動到另乙個位置,中間有無數個位置變化。

等等等等……

上面這些都是連續的資訊,都是模擬訊號,但是生活中這些資訊有不同的表達方法,說完以後就知道怎麼去理解離散的數碼訊號了

氣溫變化:

溫度計有指標型和數字型

指標型的溫度計顯示的就是溫度的模擬訊號,它只是指向了乙個表盤上的溫度位置,但是你讀不出來特別精準的溫度,因為可以無限的細分下去,你只是看到了相對精準的溫度;

數字型溫度計顯示的就是溫度的數碼訊號,它用數字的形式相對精確的顯示了此刻的溫度,但是它表達的並不完全精確,因為溫度可以無限的細分下去,可以在小數點後有無數字,它顯示的數字是對連續的溫度進行分割量化以後的結果,數字小數點後的位數代表了量化的精度,位數越多,精度越高,但是永遠都不會完全精確。

同樣的道理

時間的表達也有指標型和數字型

人們人為的把地球自轉一周的時間定義為一天,又人為的把一天分割成24小時,每小時60分鐘,每分鐘60秒,而每秒又可以無限的細分下去……這個也是對時間的量化。

可以看出模擬訊號數碼訊號之間的轉換要點就在於數位化;

而數碼訊號不可能完美呈現模擬訊號,因為數位化過程會損失訊號。

例如:電子溫度計上顯示19.4度,真實溫度可能是19.41281653884……度,簡化表達成了19.4度。

而數碼訊號則相反,它是不連續的,是一段一段的,如下圖所示:

紅色的曲線代表的就是連續的模擬訊號,而黑色的階梯線條代表的就是離散的數碼訊號,上圖所示是模數轉換的過程。

回到咱們專業上來,對於ct來說,什麼時候需要進行模數轉換呢?

來回顧一下ct成像原理:

在探測器接收到穿過人體的衰減射線之後,會產生一連串的電訊號,而這個電訊號需要進行模數轉換才能形成數碼訊號,然後對數碼訊號進行各種運算處理才能形成影象。

這個過程為什麼需要轉換?

因為探測器接收到的射線,是穿過人體後的衰減射線,這時的射線是模擬訊號;

由x線管發出的射線經過人體不同組織的衰減後,能量並不是一致的,是由很多不同能量的射線混合在一起的,而且這些能量的變化是連續的,並不是離散的,就像太陽光線一樣,裡面其實是由各種不同頻率的光譜組成,而且這些頻率也是連續的。

那麼為什麼要對這些射線的模擬訊號進行數位化呢?

因為需要使用計算機對資料進行各種計算來處理成矩陣影象,而模擬訊號是無法被計算機處理的。

計算機只能處理離散的具體資料,而模擬資料是連續的,是不具體的,故而無法對模擬訊號進行處理。試問如何讓計算機準確的表達時間的流逝呢?它只會一秒一秒的跳時,而不能像人類一樣感受時間連續的流逝。

所以因為探測器接收到的射線是連續變化的模擬訊號;

所以傳送出的電訊號也是連續變化的模擬訊號;

所以需要進行模數轉換才能送至計算機進行運算處理。

總結一下就是:

需要計算機進行處理或者可以顯示出具體數字的訊號類別就是數碼訊號;

任何需要計算機處理的訊號都必須是數碼訊號。

那麼咱們可以舉一反三一下:

cr、dr、ct、dsa、mri都是計算機成像,所以成像過程中都需要進行模數轉換;

而早期的x線攝影則是屏片成像,沒有計算機參與成像過程,所以又稱模擬x線成像。

那麼模數轉換是如何實現的呢?

對一段連續的訊號進行分割取樣、量化、編碼,就可以把模擬訊號變成數碼訊號了

還是這幅圖為例:

紅色的模擬訊號是連續的,不中斷的,而轉換成數碼訊號首先需要對模擬訊號進行分割取樣,分割完以後,就是一條一條的階梯狀橫線了,取樣過程的引數是取樣頻率,取樣頻率越高,分割的區塊越多,比如一天分割成24個區塊(小時)和一天分割成1440個區塊(分鐘);

然後給每一條橫線進行量化賦值,每一條線就有了跟曲線模擬訊號對應的數碼訊號的值,量化過程的引數是量化精度,量化精度越高,賦值的精確度越高,比如把一天分割成的每乙個區塊賦值為1.000000小時

然後再進行二進位制編碼轉換成計算機能識別的字元即可

上述比喻可能不是非常的準確,僅為幫助理解。

什麼是模擬訊號

模擬訊號 英語 analog signal 是指在時間和數值上均具有連續性,即對應於任意時間值t均有確定的函式值u或i,並且u或i的幅值是連續取值的訊號。與模擬訊號對應的是數碼訊號,後者採取分立的邏輯值,而前者可以取得連續值。模擬訊號分布於自然界的各個角落,如每天溫度的變化,模擬訊號的概念常常在涉及...

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